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Die
Erfindung betrifft einen Vierpunktlenker für die Aufhängung einer Starrachse, insbesondere für ein Nutzfahrzeug,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Vierpunktlenker
der eingangs genannten Art kommen seit einigen Jahren insbesondere
bei Lastkraftwagen und anderen Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Solche
Vierpunktlenker vereinigen eine Anzahl von Funktionen und Aufgaben,
für die
zuvor eine Mehrzahl von Lenkern bzw. Bauelementen im Bereich der
Achsführung
notwendig war, in lediglich einem Bauteil.
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Durch
den Einsatz eines Vierpunktlenkers entfällt u. a. die Notwendigkeit
zusätzlicher
Querstabilisatoren zur Wankstabilisierung des Fahrzeugaufbaus, da
der Vierpunktlenker, beispielsweise zusammen mit den vorhandenen
Längslenkern,
sowohl die Aufgabe der Achsführung
in Quer- und Längsrichtung,
als auch Aufgabe der Momentenabstützung und der Querstabilisierung übernimmt.
Auch die zuvor notwendigen Dreipunktlenker können entfallen. Auf diese Weise
wird in erheblichem Umfang sowohl konstruktiver Aufwand als auch
Fahrzeuggewicht eingespart, was zu reduzierten Kosten in Herstellung,
Betrieb und Wartung des Nutzfahrzeugs führt.
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Da
die Querstabilisierung durch den Vierpunktlenker, nicht wie beim
Torsionsstab zumeist hinter der Fahrzeugachse erfolgt, sondern vielmehr
mittels Krafteinleitung in den Fahrzeugrahmen zumeist im Bereich
vor der Fahrzeugachse erfolgen kann, benötigt das Fahrzeug zudem ggf.
auch keine verstärkte
Schlusstraverse zur Aufnahme der Wankmomente. Dies führt zu zusätzlichen
Kosteneinsparungen und Gewichtsreduzierungen.
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Aufgrund
der Summe dieser vorteilhaften Eigenschaften hat sich der Vierpunktlenker,
der aus Gründen
der Fertigungstechnik, aus Kosten- und Festigkeitsgründen sowie
aus Gründen
des geringen Bauteilgewichts heute zumeist die Kreuz- bzw. X-Bauform
aufweist, insbesondere im Bereich der Schwerlast-Nutzfahrzeuge äußerst rasch durchgesetzt und
verbreitet.
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Dabei
sind im Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 195 21 874 oder aus der
DE 102 06 809 sowohl geschmiedete,
als auch in Blechbauweise erstellte, sowie auch als Gussteil ausgeführte Vierpunktlenker
bekannt. Beim Schmiedeverfahren ergibt sich jedoch aus Fertigungsgründen zumeist ein
im Wesentlichen massiver Rechteckquerschnitt für die Arme des Vierpunktlenkers,
was zu einem hohen Bauteilgewicht und zu damit verbundenen hohen Herstellungskosten
sowie erhöhtem
Kraftstoffverbrauch und reduzierter Nutzlast des Nutzfahrzeugs führt.
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Gebaute
bzw. geschweißte
Vierpunktlenker sind ebenfalls aufwändig und damit teuer in der
Herstellung. Bekannte Vierpunktlenker hingegen, die als Gussteil
ausgeführt
sind, siehe zum Beispiel
7,
8 oder
11 in
der genannten Druckschrift
DE
195 21 874 , sind unter verschiedenen Gesichtspunkten ebenfalls
aufwändig
bzw. wenig prozesssicher in der Herstellung. So ist es bei Vierpunktlenkern
mit geschlossener Hohlgeometrie beispielsweise nur sehr eingeschränkt möglich, die
hohlraumbildenden Gusskerne so zu stützen, dass die Gusskerne beim Gießen nicht
aufschwimmen und auf diese Weise ungleichmäßig dicke Wandstärken am
Gussteil verursachen, was dementsprechend ungünstige Festigkeitseigenschaften
zur Folge hat. Aufgrund derselben Problematik können solche gegossenen Vierpunktlenker
nicht mit den im Sinne des Leichtbaus erwünschten großen Querschnitten und dabei
geringen Wandstärken
hergestellt werden, was wiederum zu Gussteilen bzw. Vierpunktlenkern
mit unnötig
hoher Masse führt.
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Andere
Vierpunktlenker, beispielsweise der aus
11 der
genannten Druckschrift
DE 195
21 874 entnehmbare, insbesondere durch Gießen herstellbare
Vierpunktlenker, benötigen
zur Herstellung eine Mehrzahl von Gusskernen, was wiederum die Herstellung
verkompliziert und damit teuer macht. Zudem lässt sich der dort dargestellte
Vierpunktlenker mangels vorhandener Hohlräume nicht optimal an die herrschende
Belastungssituation anpassen, die sich zumeist durch eine Kombination
aus Schub und Biegung auszeichnet, insbesondere jedoch mit hohen
Torsionsbelastungen verbunden ist.
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Aus
der gattungsbildenden
DE
100 50 772 A1 geht ein Vierpunktlenker für die Achsaufhängung einer
Starrachse insbesondere eines Nutzfahrzeugs hervor, wobei der Vierpunktlenker
vier Lageraugen aufweist, von denen zwei Lageraugen mit der Achse und
zwei Lageraugen mit dem Fahrzeugrahmen gelenkig verbindbar sind.
Der Vierpunktlenker ist als ein einstückiges, tordierbares, durch
die Lageraugen in seiner Umrissform viereck- bzw. trapezförmig definiertes
Hohlgehäuse
ausgebildet. Das Hohlgehäuse ist
im Wesentlichen als ein fahrzeugbezogen liegend angeordnetes Rohr
ausgeführt.
Die Längsachse
des das Hohlgehäuse
bildenden Rohres verläuft
nach der Offenbarung dieser Druckschrift in Fahrzeuglängsrichtung,
wodurch besonders hohe axiale und/oder polare Flächenträgheitsmomente bzw. besonders hohe
Widerstandsmomente insbesondere gegenüber Wanktorsion um die Fahrzeuglängsachse
erreichbar sind.
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Auch
die
JP 2003 267 016
A zeigt einen Vierpunktlenker, wobei der Vierpunktlenker
vier Lageraugen aufweist. Der Vierpunktlenker besteht aus zwei I- förmigen Zweipunkt-Lenkern, die
mittig gekreuzt durch einen Bolzen miteinander verbunden sind. Dieser
Vierpunktlenker ist an vier Seiten geöffnet und zeigt somit einen
sehr geringen Materialeinsatz mit ebenfalls geringen Wandungsabschnitten.
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Mit
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Vierpunktlenker zu schaffen, mit dem sich die genannten Nachteile
des gattungsgemäßen Standes
der Technik überwinden lassen.
Der Vierpunktlenker soll dabei insbesondere einfach, mit ausgezeichneter
Reproduzierbarkeit und gleichzeitig kostengünstig herstellbar sein. Es
soll im Sinne des auch am Nutzfahrzeug wünschenswerten Leichtbaus ferner
möglich
werden, Vierpunktlenker gezielt mit hervorragenden mechanischen
Eigenschaften bei gleichzeitig verringertem Gewicht prozesssicher
sowie kostengünstig
herzustellen und dabei vorbestimmte, definierte Steifigkeiten bzw.
Nachgiebigkeiten bezüglich
Torsinn, bzw. ein vorbestimmtes, definiertes Verformungsverhalten
des Vierpunktlenkers bezüglich
der Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Vierpunktlenker mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der
zur Führung
einer Starrachse insbesondere eines Nutzfahrzeugs vorgesehene Vierpunktlenker
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in an sich zunächst
bekannter Weise als im Wesentlichen einstückiges Hohlgehäuse mit
vier Lageraugen zur Anbindung an der Achse bzw. am Fahrzeugrahmen ausgebildet.
Dabei ist das bezüglich
seiner Umrissform dem durch die Lageraugen gebildeten Viereck bzw.
Trapez einbeschriebene Hohlgehäuse
zur Aufnahme beispielsweise von Achsverschränkungen zumindest geringfügig tordierbar.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich der Vierpunktlenker jedoch dadurch aus, dass das Hohlgehäuse im Wesentlichen
in Form eines mehrseitig, beispielsweise zweiseitig offenen Rohrs
vorliegt, das in Bezug auf die Einbausituation am Fahrzeug liegend
angeordnet ist. Dabei besitzt das Hohlgehäuse bzw. das Rohr einen Querschnitt,
der abgerundet rechteckförmig
(auch als Stadionkurve bezeichnet) bis O-förmig oder parabelförmig ist.
Die Längsachse des
das Hohlgehäuse
bildenden Rohrs verläuft
erfindungsgemäß quer zur
Fahrzeuglängsachse,
bzw. in Fahrzeugquerrichtung. Diese Ausführungsform ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn bestimmte definierte Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten
bezüglich Torsinn
gefordert sind, bzw. wenn ein bestimmtes definiertes Verformungsverhalten
des Vierpunktlenkers bezüglich
der Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus erforderlich ist.
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Ein
dergestalt ausgebildetes Hohlgehäuse eines
Vierpunktlenkers ist zunächst
einmal äußerst einfach
bzw. prozesssicher herstellbar, und zwar weitgehend unabhängig vom
verwendeten Herstellungsverfahren. Dies hängt bereits damit zusammen, dass
die offene Rohrgestalt des Hohlgehäuses eine verhältnismäßig einfache
Grundform darstellt, die unabhängig
von einem konkreten Herstellungsverfahren lediglich verhältnismäßig einfache
Werkzeuge erfordert, ferner lediglich einen geringen bzw. einfachen
und nicht zerklüfteten
Hinterschnitt sowie keinerlei geschlossene Hohlräume aufweist.
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Besonders
günstig
ist der beidseitig offene, das erfindungsgemäß im Wesentlichen rohrförmige Gehäuse aufweisende
Vierpunktlenker beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich in
Bezug auf die Herstellung durch ein Gussverfahren. Dies liegt darin
begründet,
dass der zur Erzeugung des Hohlraums beim Gießen notwendige Kern aufgrund
der beidseitig offenen Enden des rohrförmigen Hohlgehäuses hervorragend
abgestützt
werden kann, wodurch jegliches hydrostatische Aufschwimmen des Kerns
mit großer
Sicherheit vermieden werden kann.
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Zudem
ist es dabei sogar möglich,
lediglich einen einzigen Gießkern
zu verwenden, der sowohl den gesamten Innenraum des Hohlgehäuses des Vierpunktlenkers,
als auch die vier Lageraugen des Vierpunktlenkers ausformt. Auf
diese Weise lässt sich
der Vierpunktlenker sowohl mit hoher Prozesssicherheit als auch äußerst kostengünstig herstellen, wobei
jedoch gleichzeitig auch dünnwandige,
großvolumige
und damit steife und leichte Geometrien problemlos mit hoher Präzision darstellbar
sind.
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Die
erfindungsgemäße Gestaltung
des Vierpunktlenkers ist aufgrund der einfachen Geometrie jedoch
auch bei anderen Herstellungsverfahren, beispielsweise bei aus Schmiede-
oder Tiefziehteilen gebauten Vierpunktlenkern, äußerst vorteilhaft.
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Die
genaue Formgebung des Hohlgehäuses ist
für die
Verwirklichung der Erfindung zunächst ebenfalls
nicht von entscheidender Bedeutung, solange das Hohlgehäuse im Wesentlichen
die beschriebene, einfach herstellbare Rohrform aufweist. Dabei
ist die Erfindung selbstverständlich
nicht auf Vierpunktlenker mit prismatisch rohrförmigem Hohlgehäuse beschränkt, sondern
umfasst auch von der prismatischen Form abweichende Rohrformen,
insbesondere Rohre mit über
die Rohrlänge
veränderlichem
Durchmesser, veränderlicher
Querschnittsform und veränderlicher
Wandstärke.
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In
diesem Zusammenhang ist es gemäß bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung vorgesehen, dass das Hohlgehäuse des Vierpunktlenkers in
der fahrzeugbezogenen Draufsicht bezüglich der Fahrzeuglängsachse
oder/und bezüglich
der Fahrzeugquerachse tailliert ist.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass das Hohlgehäuse in der Draufsicht auf das
Fahrzeug im Wesentlichen jede Form vom (nicht taillierten) Rechteck
bzw. Trapez, über
die einseitig oder doppelt trompetenartige Umrissform (lediglich
bezüglich
Fahrzeuglängsachse
ODER bezüglich
Fahrzeugquerachse tailliert) bis hin zur Kreuzform bzw. X-Form (bezüglich Fahrzeuglängsachse
UND bezüglich
Fahrzeugquerachse tailliert) annehmen kann, ohne dass vom erfindungsgemäßen Prinzip
des beidseitig offenen, rohrförmigen
Hohlgehäuses
abgewichen wird.
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Mit
diesem Hintergrund ist es gemäß einer weiteren,
besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vorgesehen, dass das Hohlgehäuse in der fahrzeugbezogenen
Draufsicht eine im Wesentlichen einstückig kreuzförmige bzw. X-förmige Gestalt besitzt.
Dabei zerfällt
das Hohlgehäuse
in der Draufsicht in einen erkennbaren zentralen Gehäusebereich
und vier periphere, die Lageraugen tragende Lenkerarme, ohne dass
hierdurch jedoch das Grundprinzip des im Wesentlichen lediglich
durch ein Rohr gebildeten Hohlgehäuses verlassen wird.
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Diese
Form des Lenkergehäuses
ist bereits dadurch vorteilhaft, dass sie im Wesentlichen der seit langem
bewährten
X-Form bei den massiven bzw. geschmiedeten Vierpunktlenkern entspricht.
Jedoch verbessert die mit dieser Formgebung verbundene, in der Draufsicht
starke vierseitige Taillierung des das Hohlgehäuse bildenden offenen Rohrs
weiter die einfache bzw. prozesssichere Herstellbarkeit des Vierpunktlenkers,
insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, bei Vierpunktlenkern,
die im Gussverfahren hergestellt werden.
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Dies
hängt damit
zusammen, dass durch die starke Taillierung die aufgrund des Innenraums
des Hohlgehäuses
gebildeten Hinterschnitte einerseits erheblich verkleinert, und
andererseits die verbleibenden Hinterschnitte außerdem stark konisch bzw. zulaufend
ausgebildet sind. Dies ist insbesondere, nicht jedoch ausschließlich, bei
der Herstellung des Vierpunktlenkers durch Gießen vorteilhaft, da auf diese
Weise die frei tragende Länge
des Gusskerns besonders klein gehalten werden kann, wodurch der Gusskern
noch besser gegen Aufschwimmen abgestützt wird.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung sind die Lenkerarme als im Querschnitt profilierte
Biegeträger
gestaltet bzw. besitzen einen im Wesentlichen C-förmigen bzw.
U-förmigen
Querschnitt.
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Die
Ausführung
der Lenkerarme als profilierte Biegeträger, insbesondere als Biegeträger mit C-förmigem bzw.
U-förmigem
Querschnitt, ist dahingehend vorteilhaft, als auf diese Weise ein
Teil der im Betrieb des Vierpunktlenkers auftretenden, nicht unerheblichen
Verformungen bereits von den Lenkerarmen abgefangen werden kann.
Zudem lassen sich die Lenkerarme auf diese Weise, insbesondere im Vergleich
zu den bekannten, als massive Schmiedeteile ausgeführten Vierpunktlenkern,
gewichtssparend ausführen.
Der C-förmige
Querschnitt ist jedoch auch im Vergleich zu dem bereits bekannten
Doppel-T-förmigen Querschnitt
der Lenkerarme von gegossenen Vierpunktlenkern vorteilhaft, da ein
C-förmiger
Querschnitt wegen dessen lediglich einseitig vorhandener Ausnehmung
die Herstellbarkeit des Vierpunktlenkers vereinfacht und damit Kosten
einspart.
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Letzteres
gilt insbesondere dann, wie dies auch gemäß einer weiteren, besonders
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist, wenn das Hohlgehäuse ein Gussteil ist. eine
ausführung
als blechformteil wäre
ebenso denkbar.
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Zu
den bereits weiter oben beschriebenen allgemeinen Vorteilen bei
der Herstellung des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers kommt
beim Gießen
bezüglich
der Ausführung
des Vierpunktlenkers beispielsweise in der X-Form hinzu, dass sämtliche Hohlräume bzw.
Ausnehmungen des Vierpunktlenkers, insbesondere einschließlich der
Ausnehmungen der C-förmigen
Lenkerarme, sowie gegebenenfalls einschließlich der Ausnehmungen für die Lageraugen,
mit lediglich einem einzigen Gusskern erzeugt werden können.
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Dabei
leuchtet dem Gießereifachmann
ohne weiteres ein, dass ein Vierpunktlenker, zu dessen Herstellung
trotz der konstruktiv anspruchsvollen Auflösung in einen zentralen, hohlen
Gehäusebereich
sowie in vier Lenkerarme mit profiliertem Querschnitt lediglich
ein einziger, noch dazu hervorragend abstützbarer Gusskern benötigt wird,
mit äußerst hoher
Präzision
und Prozesssicherheit gefertigt werden kann. Dies kommt wiederum
der konstruktiven Freiheit zugute, was bedeutet, dass der Vierpunktlenker beispielsweise
mit einem voluminösen
Querschnitt bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Wandstärken gefertigt
werden kann, ohne dass unzulässige Toleranzen
bzw. Schwierigkeiten bei der Reproduzierbarkeit der Wandstärken auftreten.
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All
dies kommt der Bauteilqualität,
der Versagenssicherheit und insbesondere dem damit ermöglichten
reduzierten Gewicht eines erfindungsgemäß gestalteten Vierpunktlenkers
zugute.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht das Hohlgehäuse des Vierpunktlenkers aus
bainitischem Gusseisen. Ein Vierpunktlenker mit der erfindungsgemäßen Gestalt,
der zudem aus bainitischem Gusseisen besteht, lässt sich weiter bezüglich besonders
geringen Gewichts, in Bezug auf die konstruktiv erforderlichen Steifigkeits-
und Nachgiebigkeitseigenschaften sowie bezüglich einer hohen Versagenssicherheit
optimieren.
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Dies
hängt damit
zusammen, das bainitisches Gusseisen, das aufgrund seiner überlegenen Festigkeits-
und Plastizitätseigenschaften
im Maschinen- und Fahrzeugbau unter anderem auch als Leichtbauwerkstoff
eingesetzt wird, Materialwerte aufweist, die mit den entsprechenden
Materialkennwerten hochwertiger Vergütungsstähle vergleichbar sind. Dies
gilt insbesondere für
wichtige konstruktive Materialkennwerte wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und
Bruchdehnung.
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Bainitisches
Gusseisen besitzt jedoch eine weitere wichtige Eigenschaft. Es entspricht
zwar in den erwähnten
Materialkennwerten wie beschrieben weitgehend den hochwertigen Konstruktionsstählen, weist
jedoch einen um etwa ein Viertel geringeren Elastizitätsmodul
als diese Stähle
auf, was in Bezug auf den in Rede stehenden Vierpunktlenker nicht
nur keinen Nachteil, sondern vielmehr einen entscheidenden Vorteil
darstellt.
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Denn
der geringere Elastizitätsmodul
hat zur Folge, dass ein Vierpunktlenker bei gleicher Steifigkeit
gegenüber
Stahl bei der Ausführung
in bainitischem Gusseisen einen größervolumigen Querschnitt aufweisen
kann, ohne dass – bei
gleicher Verformung – höhere mechanische
Spannungen im Vierpunktlenker auftreten würden.
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Bei
einem Vierpunktlenker ist dieser Zusammenhang nicht zuletzt deshalb
von Bedeutung, da neben den im Betrieb vorherrschenden, zumeist
dynamischen Biege- und
Torsionsspannungen außerdem
auch Extrembelastungen auftreten können, die in Form von extrem
hohen Torsionsmomenten bzw. – zum
Beispiel bei starken Achsverschränkungen
auf unebenem Gelände – sogar
in Form von bestimmten, erzwungenen Torsionswinkeln vorliegen können.
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In
demselben Zusammenhang ist es auch von Bedeutung, dass bei einem
Vierpunktlenker aus (bainitischem) Gusseisen, der jedoch dieselbe
Geometrie wie ein Vierpunktlenker aus Stahl aufweist, bei derselben
Verformung wegen des geringeren Elastizitätsmoduls niedrigere mechanische
Spannungen im Bauteil auftreten. Dies bedeutet, dass ein Vierpunktlenker
aus bainitischem Gusseisen eine höhere Reserve der nominalen
Betriebsspannungen bezüglich
der auftretenden Maximalspannungen bzw. insbesondere bezüglich der
auftretenden maximalen Verformungen ermöglicht. Dies lässt sich
konstruktiv wiederum in Form von verringerten Wandstärken und/oder
größeren Querschnittsvolumina
und damit erhöhter
Steifigkeit und/oder verringertem Gewicht vorteilhaft ausnutzen.
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Gemäß einer
weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
die Lageraugen einstückig
an das Hohlgehäuse
angeformt. Dies ist insbesondere, jedoch keineswegs ausschließlich, bei
einem erfindungsgemäß gestalteten
Vierpunktlenker aus Gusseisen von besonderem Vorteil, da auf diese
Weise ein besonders homogener und belastungsoptimierter Faser- bzw.
Wandstärkenverlauf
im Bauteil erzeugt werden kann.
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Ferner
lassen sich auf diese Weise weitere Gewichtsvorteile und damit Kosteneinsparungen
sowohl am Rohteil als auch am Fertigteil realisieren. Nicht zuletzt
ist bei einer solchen Ausführungsform, wie
bereits weiter oben angedeutet, prinzipiell lediglich ein einziger
Gusskern notwendig, der sowohl den Hohlraum im zentralen Gehäusebereich
als auch die Ausnehmungen der beispielsweise C-förmig profilierten Lenkerarme
sowie darüberhinaus
die Ausnehmungen der später
die Gelenke aufnehmenden Lageraugen ausbildet.
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Nach
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weisen die Lageraugen des Vierpunktlenkers Elastomergelenke
bzw. Molekulargelenke auf. Bei Molekulargelenken ist im Unterschied
insbesondere zu Gleitlagerungen wie Kugelgelenken das Kugelstück innerhalb
des Lagerauges in Gummi einvulkanisiert. Dies ist einerseits insofern vorteilhaft,
als auf diese Weise bereits die sonst erforderliche Abdichtung des
Gelenks gegen Wasser und Schmutz vollständig entfallen kann. Andererseits
besitzen Molekulargelenke neben einer verbesserten Geräuschdämpfung auch
eine potenziell höhere
Lebensdauer gegenüber
herkömmlichen
Kugelgelenken. Zudem verhindert die radiale bzw. allseitige Elastizität von Molekulargelenken
die gerade bei Achsaufhängungen
bekannten kinematischen Überbestimmungen
und die damit verbundene schädliche Überlastung
von Gelenken, Lenkerarmen und anderen Fahrzeugbauteilen.
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Molekulargelenke
sind jedoch auch im Hinblick auf einen weiteren Gesichtspunkt besonders vorteilhaft.
Wie dies auch gemäß einer
weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen
ist, kann die radiale Steifigkeit von zwei oder vier der Elastomergelenke
des Vierpunktlenkers bezüglich
der Fahrzeug-Wankrichtung
von der radialen Steifigkeit bezüglich
der zur Wankrichtung senkrechten Richtung abweichen, insbesondere in
Wankrichtung geringer sein als senkrecht zur Wankrichtung.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass der Vierpunktlenker samt Molekulargelenken
in Bezug auf Wankbewegungen des Fahrzeugs eine höhere Elastizität zeigt
als in Bezug auf Bewegungen der Achse gegenüber dem Fahrzeugaufbau in der
Horizontalebene. Dies führt
zu einer besonders stabilen und sicheren Achs- bzw. Radführung, ermöglicht jedoch
gleichzeitig die notwendige, konstruktiv vorgesehene Nachgiebigkeit
des Vierpunktlenkers gegenüber
Wankbewegungen bzw. Achsverschränkungen im
Betrieb des Fahrzeugs.
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Werden
die Elastomergelenke gegenüber Bewegungen
in Fahrzeug-Wankrichtung nachgiebiger bzw. mit geringerer Steifigkeit
ausgelegt, so zwingt auf diese Weise zudem der Vierpunktlenker den
Elastomergelenken einen höheren Verformungsanteil
an den Wankbewegungen bzw. Achsverschränkungen auf, was wiederum die
im Vierpunktlenkergehäuse
auftretenden Maximalspannungen bzw. maximalen Verformungen verringert.
Der Vierpunktlenker kann sodann, beispielsweise durch Vergrößerung des
Querschnittsvolumens bei Verringerung der Wandstärken, konstruktiv eine weiter
erhöhte
Steifigkeit erhalten, ohne dass bei gegebener Gesamtverformung unzulässig hohe
Spannungen im Vierpunktlenker auftreten würden. Auf diese Weise wird
zusätzliches
Gewicht eingespart, wodurch wiederum Kosten sowohl in Herstellung
als auch im Betrieb des Vierpunktlenkers reduziert werden können.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellender Zeichnungen näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 in
perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform eines Vierpunktlenkers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 in
teilweise geschnittener Darstellung den Vierpunktlenker gemäß 1 in
der Draufsicht; und
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3 den
Vierpunktlenker gemäß 1 und 2 in
seitlicher Ansicht.
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In 1 ist
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers 1 in
isometrischer bzw. perspektivischer Ansicht dargestellt.
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Man
erkennt zunächst
die im Wesentlichen kreuzförmige
bzw. X-förmige
Gestalt des Vierpunktlenkergehäuses
mit einem zentralen, hohlen Gehäusebereich 2 und
vier an den Gehäusebereich 2 einstückig angeformten
Lenkerarmen 3, 4, 5, 6. Ferner erkennt
man die jeweils an die äußeren Enden
der Lenkerarme 3, 4, 5, 6 angeformten
Lageraugen 7, 8, 9, 10, wobei
in der Darstellung der 1 jedes der Lageraugen 7, 8, 9, 10 bereits
mit dem jeweiligen Kugelgelenk bzw. Elastomergelenk 11, 12, 13, 14 versehen
ist.
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Aus
der Darstellung der 1 geht auch bereits hervor,
dass das Hohlgehäuse 2, 3, 4, 5, 6 des dargestellten
Vierpunktlenkers 1 die erfindungsgemäße beidseitig offene rohrförmige Gestalt
aufweist. Dabei ist das bei 15 und 16 trompetenartig
aufgeweitete, prinzipiell jedoch nach wie vor rohrförmige Hohlgehäuse 2, 3, 4, 5, 6 an
allen vier Seiten stark tailliert, wodurch sich die dargestellte,
kreuzförmige
bzw. X-förmige
Gestalt des Vierpunktlenkers 1 mit den deutlich ausgebildeten
Lenkerarmen 3, 4, 5, 6 ergibt.
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Auf
diese Weise wird bei dem dargestellten Vierpunktlenker 1 auch
der äußerst homogene,
fließende Übergang
der einen C-förmigen
Querschnitt aufweisenden Lenkerarme 3, 4, 5, 6 in
den rohrförmigen
zentralen Gehäusebereich 2 gebildet,
der einer besonders gleichmäßigen Krafteinleitung
und der Vermeidung jeglicher Belastungsspitzen im Material zugute
kommt.
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Insbesondere
wird anhand der Darstellung der 1 auch die
hervorragende Eignung des dargestellten Vierpunktlenkers 1 zur
Herstellung durch ein Gussverfahren deutlich. Denn zur Herstellung des
dargestellten Vierpunktlenkers 1 durch Gießen ist
zum Zweck der Ausbildung des inneren Hohlraums 15, 16 sowie
zur Ausbildung der Ausnehmungen 17, 18 der im
Querschnitt C-förmige
Lenkerarme 3, 4, 5, 6 lediglich
ein einziger, gemeinsamer (nicht dargestellter) Gusskern notwendig.
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Dieser
Gusskern lässt
sich zudem, wie der Fachmann der Gießereitechnik auch ohne explizite Darstellung
des Gusskerns sofort erkennt, aufgrund der starken allseitigen Taillierung
des Vierpunktlenkers 1 hervorragend in der Gussform abstützen, wodurch
jegliches Aufschwimmen des Gusskerns und damit jegliche unvorhergesehene
Veränderung
der Wandstärken
des Gussteils ausgeschlossen ist.
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Dies
kommt der Prozesssicherheit beim Gießprozess, der kostengünstigen
Herstellbarkeit sowie der hohen Bauteilpräzision und damit dem wünschenswerten
Leichtbau am Vierpunktlenker 1 entgegen.
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Zudem
können
gegebenenfalls auch noch die vier Lageraugen 7, 8, 9, 10 des
Vierpunktlenkers, die in der Darstellung der 1 bereits
mit den entsprechenden Elastomergelenken 11, 12, 13, 14 versehen
sind, ebenfalls mit ein und demselben Gusskern erzeugt werden, mit
dem auch der Hohlraum 15, 16 des zentralen Gehäusebereichs 2 sowie
die Ausnehmungen 17, 18 der Lenkerarme 3, 4, 5, 6 erzeugt werden.
Im Ergebnis führt
dies dazu, dass der Vierpunktlenker 1 gemäß 1 unter
einer nahezu idealen Kombination aus geringen Produktionskosten, hoher
Prozesssicherheit und hoher Bauteilpräzision herstellbar ist.
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2 zeigt
den Vierpunktlenker 1 gemäß 1 in der – bezogen
auf die Einbausituation am Nutzfahrzeug betrachteten – Draufsicht.
Dabei sind die Bereiche a, b des zentralen Gehäusebereichs 2 teilweise
ausgebrochen bzw. geschnitten dargestellt, um Gestalt und Aufbau
des dargestellten Vierpunktlenkers 1 zu verdeutlichen.
Zudem ist bei c der Querschnitt der Lenkerarme 3, 4, 5, 6 beispielhaft
eingeblendet.
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Man
erkennt, dass ein Vierpunktlenker 1 gemäß dem in 2 dargestellten
sich durch eine insgesamt äußerst harmonisch
fließende
Formgebung auszeichnet, was entsprechend günstige gleichmäßige Kraftverläufe mit
sich bringt. Dank der erfindungsgemäßen Formgebung kann der Vierpunktlenker 1 trotz
gleichmäßiger Wanddickenverläufe a, b,
c zudem in der denkbar günstigsten
Weise belastungsoptimiert konstruiert werden. Dabei ist insbesondere
auf den vollkommen fließenden Übergang
der einen C-förmigen
Querschnitt c aufweisenden Lenkerarme 3, 4, 5, 6 in
den zentralen, rohrförmigen
Gehäusebereich 2 hinzuweisen.
All dies kommt sowohl einer hohen Bauteilqualität als auch einer hohen Belastbarkeit
bei gleichzeitig geringem Gewicht des Vierpunktlenkers 1 zugute.
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In
der Draufsicht-Darstellung gemäß 2 ist
ferner für
den Fachmann der Gießereitechnik
wieder besonders gut erkennbar, dass der abgebildete Vierpunktlenker 1-
neben der belastungsoptimierten Gestaltung – auch optimal an die bevorzugt
vorgesehene Herstellung durch Gießen angepasst ist. Hierbei
ist besonders die starke allseitige Taillierung zu erwähnen, die
aufgrund der damit ermöglichten
geringen freitragenden Länge
des Gießkerns
insbesondere eine optimale Abstützung
des einstückigen Gießkerns erlaubt,
was wiederum der Bauteilqualität und
der genauen Reproduktion der vorgesehenen Wandstärken a, b, c förderlich
ist.
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3 zeigt
den Vierpunktlenker 1 gemäß 1 und 2 nochmals
in der seitlichen Ansicht. Auch hier ist die fließende Gestaltung
des Vierpunktlenkers 1, die sich bis hin zu den Lageraugen 8, 9 fortsetzt,
mit den damit ermöglichten
gleichmäßigen Wandstärken bei
gleichzeitiger Belastungsoptimierung durch unterschiedlich große Hohlquerschnitte gut
erkennbar. Diese Gestaltung kommt wiederum sowohl der problemlosen
Herstellbarkeit des Vierpunktlenkers 1 durch Gießen, als
auch dem möglichst
geringen Gewicht des Vierpunktlenkers 1 zugute, insbesondere
dann, wenn als Werkstoff zur Herstellung des Vierpunktlenkers 1 das
weiter oben beschriebene bainitische Gusseisen verwendet wird.
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Im
Ergebnis wird somit deutlich, dass es dank der Erfindung möglich wird,
Vierpunktlenker für die
Achsführung
insbesondere von Nutzfahrzeugen in denkbar idealer Weise belastungsoptimiert
auszuführen.
Dabei wird jedoch dank der besonderen Geometrie des erfindungsgemäßen Vierpunktlenkers gleichzeitig
die Herstellung des Vierpunktlenkers insbesondere durch Gießen entscheidend
vereinfacht und deren Prozesssicherheit entscheidend verbessert.
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Auf
diese Weise kann eine besonders kostengünstige Produktion des Vierpunktlenkers
erfolgen, wobei der Vierpunktlenker dabei jedoch gleichzeitig eine
erheblich verbesserte Bauteilqualität erhält. Aufgrund der mit der Erfindung
ermöglichten
belastungsoptimierten Gestaltung des Vierpunktlenkers lässt sich
das Gewicht des Vierpunktlenkers bei unveränderten Steifigkeitswerten
und bei unveränderter Versagenssicherheit
erheblich verringern, was der Wirtschaftlichkeit insbesondere im
Betrieb des Nutzfahrzeugs zugute kommt.
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Die
Erfindung leistet damit einen ganz wesentlichen Beitrag zur Verbesserung
der Achsführung
bzw. Achsaufhängung
für Nutzfahrzeuge
bei gleichzeitig reduzierbaren Herstellungskosten für die entsprechenden
Vierpunktlenker. Dies kommt nicht zuletzt der Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, der
Verbesserung der Fahrsicherheit, der Kosteneffektivität in der
Produktion sowie der verbesserten Systemtechnologie am Nutzfahrzeug
zugute.
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- 1
- Vierpunktlenker
- 2
- hohler
Gehäusebereich
- 3
- Lenkerarm
- 4
- Lenkerarm
- 5
- Lenkerarm
- 6
- Lenkerarm
- 7
- Lagerauge
- 8
- Lagerauge
- 9
- Lagerauge
- 10
- Lagerauge
- 11
- Elastomergelenk
- 12
- Elastomergelenk
- 13
- Elastomergelenk
- 14
- Elastomergelenk
- 15
- Hohlraum
- 16
- Hohlraum
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Ausnehmung
- a
- Wandstärke
- b
- Wandstärke
- c
- Wandstärke